DE102006020527B4 - Organische lichtemittierende Vorrichtung und deren Verwendung als Anzeigevorrichtung - Google Patents

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Abstract

Organische lichtemittierende Vorrichtung, umfassend:(a) eine Anode;(b) eine Leerstellentransportschicht umfassend N,N'-Di(naphthalin-1-yl)-N,N'-diphenylbenzidin);(c) eine Schicht aus elektrolumineszierendem Material, umfassend mindestens zwei Materialien mit unterschiedlichen Elektronen- und Leerstellentransport-Kapazitäten, zumindest umfassend Tris(8-hydroxychinolin)aluminium oder 4,4'-Bis[2-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazinyl)]-1,1'-biphenyl;(d) eine Elektronentransportschicht in Kontakt mit dem elektrolumineszierendem Material, die Elektronentransportschicht bestehend aus 4,4'-Bis[2-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazinyl)]-1,1'-biphenyl; und(e) eine Kathode wobei die Schicht aus elektrolumineszierendem Material eine Dicke von weniger als 50 nm aufweist,worin die Vorrichtung in der Lage ist, bei einer Treiberspannung von weniger als 5V bei einer Stromdichte von 25 mA/cm2zu arbeiten, undworin, wenn die Vorrichtung bei einem konstanten Stromfluss von 31,25 mA/cm2betrieben wird, und die Zeit, die vergeht, bevor die Leuchtdichte auf 50% der anfanglichen Leuchtdichte zurückgeht, gemessen wird, und dann die Halbwertszeit von einer anfänglichen Leuchtdichte von 500 cd/m2bestimmt wird, die Vorrichtung eine Betriebsstabilität aufweist, die charakterisiert ist durch eine Halbwertszeit von mindestens 1000 Stunden bei einer anfänglichen Leuchtdichte von mindestens 500 cd/m2.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft organische lichtemittierende Vorrichtungen und deren Verwendung als Anzeigevorrichtung.
  • REFERENZEN
  • Organische lichtemittierende Vorrichtungen (OLEDs) stellen eine vielversprechende Technologie für Anzeigeanwendungen dar. Eine herkömmliche Vorrichtungsstruktur umfasst (1) eine transparente Frontelektrode, (2) einen lichtemittierenden Bereich mit mehreren organischen Schichten (üblicherweise mindestens zwei Schichten), umfassend mindestens ein niedermolekulares oder polymeres organisches lumineszierendes Material, und (3) eine Rückelektrode. Die OLED wird üblicherweise auf ein Substrat auflaminiert. Eine der Front- und Rückelektroden ist eine Elektroneninjektions-Kathode, und die andere ist eine Leerstelleninjektions-Anode. Wenn eine Spannung an die Elektroden angelegt wird, wird Licht aus dem lichtemittierenden Bereich und durch die transparente Frontelektrode emittiert, und erreicht den Beobachter. Herkömmlicherweise umfasst ein lichtemittierender Bereich (1) mindestens eine Schicht eines Elektronentransportmaterials nahe der Kathode, (2) mindestens eine Schicht eines Leerstellentransportmaterials nahe der Anode, und (3) eine Schicht eines elektrolumineszierenden Materials zwischen der Leerstellentransportschicht und der Elektronentransportschicht.
  • Es wurde eine Anzahl von OLEDs aus einem Laminat eines organischen lumineszierenden Materials hergestellt. Solche Vorrichtungen beinhalten ein Einkristallmaterial als elektrolumineszierende Substanz, wie zum Beispiel Einkristall-Anthracene, wie sie zum Beispiel in dem US-Patent US 3 530 325 A beschrieben sind. Diese Arten von Vorrichtungen können Anregungsspannungen im Bereich von 100 Volt oder größer erfordern.
  • Wie oben diskutiert werden OLEDs herkömmlicherweise als Mehrschicht-Strukturen ausgebildet. OLEDs mit Doppelschicht-lichtemittierenden Bereichen, umfassend eine der Anode benachbarte organische Schicht, die den Leerstellentransport unterstützt, und eine andere der Kathode benachbarte organische Schicht, die den Elektronentransport unterstützt, und die als die elektrolumineszierende Bereichsschicht der Vorrichtung agiert, sind offenbart in den US-Patenten US 4 356 429 A ; US 4 539 507 A ; US 4 720 432 A und US 4 769 292 A
  • Das US-Patent US 4 769 292 A offenbart eine herkömmliche OLED mit einer Schicht eines lumineszierenden Materials, umfassend eine Leerstellentransportschicht, eine elektrolumineszierende Schicht und eine Elektronentransportschicht, in der ein fluoreszierendes Dotierungsmaterial zu der Emissionsschicht hinzugefügt ist. In anderen herkömmlichen OLED-Strukturen, wie zum Beispiel den in dem US-Patent US 4 720 432 A beschriebenen, umfasst die OLED weiterhin eine Pufferschicht, die zwischen der Leerstellentransportschicht und der Anode eingefügt ist. Die Kombination aus der Leerstellentransportschicht und der Pufferschicht bildet einen Doppelschicht-Leerstellentransportbereich. Dies wird diskutiert in S.A. Van Slyke et al., „Organic Electroluminescent Devices with Improved Stability", Appl. Phys. Lett. 69, S. 2160-2162 (1996)
  • Es sind auch Versuche unternommen worden, eine Elektrolumineszenz aus OLEDs zu erhalten, die gemischte Schichten enthalten, zum Beispiel Schichten, in denen sowohl das Leerstellentransportmaterial als auch das emittierende Elektronentransportmaterial in einer einzigen Schicht zusammengemischt sind. Siehe zum Beispiel Kido et al., „Organic Electroluminescent Devices Based On Molecularly Doped Polymers", Appl. Phys. Lett. 61, S. 761-763 (1992); S. Naka et al., „Organic Electroluminescent Devices Using a Mixed Single Layer", Jpn. J. Appl. Phys. 33, S. L1772-L1774 (1994); W. Wen et al., Appl. Phys. Lett. 71, 1302 (1997) ; und C. Wu et al., „Efficient Organic Electroluminescent Devices Using Single-Layer Doped Polymer Thin Films with Bipolar Carrier Transport Abilities", IEEE Transactions on Electron Devices 44, S. 1269-1281 (1997). Das lichtemittierende Material kann eines sein ausgewählt aus den Leerstellentransportmaterialien und den Elektronentransportmaterialien. Gemäß einer Ausführungsform kann zusätzlich zu dem Leerstellentransportmaterial und dem Elektronentransportmaterial ein drittes Material vorhanden sein, wobei das dritte Material Licht emittiert.
  • Andere Beispiele von OLEDs, die aus einer einzigen organischen Schicht gebildet sind, die ein Leerstellentransportmaterial und ein Elektronentransportmaterial umfasst, können zum Beispiel in den US-Patenten US 5 853 905 A ; US 5 925 980 A ; US 6 114 055 A und US 6 130 001 A gefunden werden. Wie in dem Artikel von S. Naka et al. angegeben, körnen diese OLEDs aus einer einzigen gemischten Schicht weniger wirkungsvoll sein als mehrschichtige organische lichtemittierende Vorrichtungen. Diese Vorrichtungen, die lediglich eine einzige gemischte Schicht aus einem Leerstellentransportmaterial, wie zum Beispiel NPB (N,N'-Di(naphthalen-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidin) und ein emittierendes Elektronentransportmaterial wie zum Beispiel AlQ3 (Tris(8-hydroxychinolin)aluminium) beinhalten, sind instabil und zeigen eine schwache Wirksamkeit. Es wird angenommen, dass die Instabilität dieser Vorrichtungen durch den direkten Kontakt zwischen dem Elektronentransportmaterial in der gemischten Schicht und dem Leerstelleninjektionsmaterial, der in (1) der Bildung eines instabilen kationischen Elektronentransportmaterials und (2) der Instabilität des Interface zwischen der gemischten Schicht und der Kathode resultiert, verursacht wird.
  • Für kommerzielle Anwendungen kann es für OLED-Anzeigevorrichtungen nützlich sein, sowohl eine hohe Wirksamkeit (z.B. eine Treiberspannung von weniger als 5V bei einer Stromdichte von 25 mA/cm2) als auch eine ausreichende Betriebsstabilität (z.B. eine Halbwertszeit von mehr als 1000 Stunden für eine anfängliche Leuchtdichte von mindestens 500 cd/m2) aufzuweisen. Niedermolekulare OLEDs mit niedriger Treiberspannung sind in der Vergangenheit gezeigt worden (z.B. Huang et al., APL 80, 139, 2002). Solche OLEDs können jedoch eine ausreichende Betriebsstabilität vermissen lassen, was sie möglicherweise ungeeignet für kommerzielle Anwendungen macht. Durch Verwendung von OLEDs mit einer gemischten emittierenden Schicht wurde eine hohe Betriebsstabilität realisiert, und die Treiberspannungen überstiegen oftmals eine gewisse Spannung, zum Beispiel 5V. Es besteht ein Bedarf für OLEDs, die sowohl eine niedrige Treiberspannung als auch eine ausreichende Betriebsstabilität zeigen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt ferner der folgende Stand der Technik, betreffend organische lichtemittierende Vorrichtungen zugrunde:
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß verschiedener Ausführungsformen wird hierin eine organische lichtemittierende Vorrichtung, wie in den Ansprüchen 1 bis 11 definiert, bereitgestellt.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung wird die Verwendung einer wie hierin beschriebenen organischen lichtemittierenden Vorrichtung als Anzeigevorrichtung gemäß Anspruch 12 bereitgestellt.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine organische lichtemittierende Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 2 zeigt eine andere organische lichtemittierende Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • BESCHREIBUNG VERSCHIEDENER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In einer Ausführungsform und unter Bezugnahme auf 1 umfasst eine OLED 10 aufeinanderfolgend ein Stützsubstrat 20, bspw. aus Glas; eine Anode 30, bspw. aus Indium-Zinnoxid mit einer Dicke von ungefähr 1 bis ungefähr 500 nm, wie zum Beispiel von ungefähr 30 bis ungefähr 100 nm; eine optionale Pufferschicht 40, bspw. aus Kupfer-Phthalocyanin oder plasma-polymerisiertem CHF3 in einer Dicke von ungefähr 1 nm bis ungefähr 300 nm; eine organische Leerstellentransportschicht 50, bspw. aus NPB in einer Dicke von ungefähr 1 bis ungefähr 200 nm, zum Beispiel von ungefähr 5 bis ungefähr 100 nm; eine elektrolumineszierende Schicht 60 bestehend aus, zum Beispiel, einer Zusammensetzung umfassend eine Leerstellentransport-/Elektronentransport-/bipolare Transportschicht, wobei die Schicht eine Dicke von ungefähr 5 bis ungefähr 50 nm aufweist, eine Elektronentransportschicht 70 bestehend aus, zum Beispiel, einem Triazin in einer Dicke von ungefähr 5 bis ungefähr 300 nm, zum Beispiel von ungefähr 1 bis ungefähr 100 nm, und in Kontakt damit eine Metallkathode 80 mit niedriger Austrittsarbeit. Auf der Kathode 80 kann eine optionale Schutzschicht 90 ausgebildet sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform und wie in 2 gezeigt, liegt in OLED 15 das Stützsubstrat 20 benachbart der Kathode 80, und die optionale Schutzschicht 90 liegt benachbart der Anode 30.
  • In verschiedenen Ausführungsformen können OLEDs ein Stützsubstrat 20 umfassen. Erläuternde Beispiele von Stützsubstraten 20 beinhalten Glas und dergleichen, und polymere Komponenten einschließlich Polyester wie MYLAR®, Polycarbonate, Polyacrylate, Polymethacrylate, Polysulfone, Quarz und dergleichen. Andere Substrate 20 können ebenfalls ausgewählt werden, vorausgesetzt, sie können die anderen Schichten wirksam unterstützen und interferieren nicht mit der funktionellen Leistungsfähigkeit der Vorrichtung. Die Dicke des Substrats 20 kann sich beispielsweise im Bereich von ungefähr 25 bis ungefähr 1000 µm oder mehr bewegen, zum Beispiel von ungefähr 50 bis ungefähr 500 µm, abhängig, zum Beispiel, von den strukturellen Anforderungen der Vorrichtung.
  • Gemäß erfindungsgemäßer Ausführungsformen umfassen die OLEDs eine Anode 30, die dem Substrat benachbart sein kann. Geeignete, nicht beschränkende Beispiele der Anode 30 beinhalten positive Ladungsinjektionselektroden wie zum Beispiel Indium-Zinnoxid, Zinnoxid, Gold, Platin, oder andere geeignete Materialien wie zum Beispiel elektrisch leitender Kohlenstoff, π-konjugierte Polymere wie zum Beispiel Polyanilin, Polypyrrol und dergleichen mit bspw. einer Austrittsarbeit gleich oder größer als ungefähr 4 eV (Elektronenvolt), und genauer von ungefähr 4 eV bis ungefähr 6 eV. Die Dicke der Anode kann sich im Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 500 nm bewegen, wobei der geeignete Bereich im Hinblick auf die optischen Konstanten des Anodenmaterials ausgewählt wird. Ein geeigneter Bereich der Anodendicke liegt zwischen ungefähr 30 und ungefähr 100 nm.
  • Optional kann der Anode benachbart eine Pufferschicht 40 vorgesehen sein. Die Pufferschicht, die dazu dienen kann, eine wirksame Injektion von Leerstellen aus der Anode zu vereinfachen und die Haftung zwischen der Anode und der Leerstellentransportschicht zu verbessern (wodurch die Betriebsstabilität der Vorrichtung weiter verbessert wird) beinhaltet leitfähige Materialien wie zum Beispiel Polyanilin und seine säuredotierten Formen, Polypyrrol, Poly(phenylenvinylen) und bekannte halbleitende organische Materialien; im US-Patent US 4 356 429 A
    offenbarte Porphyrinderivate, wie zum Beispiel 1,10,15,20-Tetraphenyl-21H,23H-porphyrinkupfer(II); Kupfer-Phthalocyanin, Kupfertetramethyl-Phthalocyanin; Zink-Phthalocyanin; Titanoxid-Phthalocyanin; Magnesium-Phthalocyanin und dergleichen. Die Pufferschicht kann ein tertiäres Amin umfassen, das als Elektronenleerstellentransportmaterial geeignet ist. Die Pufferschicht kann hergestellt werden durch Ausgestalten einer der obigen Verbindungen als dünner Film durch bekannte Verfahren, wie zum Beispiel Dampfabscheidung oder Spin Coating. Die Dicke der so gebildeten Pufferschicht ist nicht besonders beschränkt und kann sich im Bereich von ungefähr 5 nm bis ungefähr 300 nm bewegen, zum Beispiel von ungefähr 10 nm bis ungefähr 100 nm.
  • In erfindungsgemäßen Ausführungsformen umfassen die OLEDs eine Leerstellentransportschicht 50, umfassend N,N'-Di(naphthalin-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidin) (NPB). Die Leerstellentransportschicht 50 kann eine Dicke aufweisen, die sich im Bereich von ungefähr 1 nm bis ungefähr 200 nm bewegt. Gemäß einer anderen Ausführungsform bewegt sich die Dicke im Bereich von ungefähr 5 nm bis ungefähr 100 nm.
  • Die erfindungsgemäßen OLEDs umfassen eine Schicht aus elektrolumineszierendem Material, umfassend mindestens zwei Materialien mit unterschiedlichen Elektronen- und Leerstellentransport-Kapazitäten, zumindest umfassend Tris(8-hydroxychinolin)aluminium oder 4,4'-Bis[2-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazinyl)]-1,1'-biphenyl. Die Materialien, die in der elektrolumineszierenden Schicht verwendet werden können, sind aber nicht beschränkt auf, Leerstellentransportmaterialien, Elektronentransportmaterialien und bipolare Transportmaterialien. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Leerstellentransportmaterialien, Elektronentransportmaterialien und bipolare Transportmaterialien bekannt wie auch ihre kombinierte Auswahl, um gewünschte Farbemissionen zu erzielen. Des weiteren kann die Auswahl solcher Materialien, um eine gewünschte Farbemission bereitzustellen, durch den Fachmann leicht mittels routinemäßigen Experimentierens durchgeführt werden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann die elektrolumineszierende Schicht 60 ein Leerstellentransportmaterial umfassen. Nicht beschränkende Beispiele von Leerstellentransportmaterialien, die für die elektrolumineszierende Schicht geeignet sind, beinhalten tertiäre aromatische Amine, polynukleare aromatische Amine, Carbazole und Indocarbazole. So kann zum Beispiel die elektrolumineszierende Schicht 60 mindestens eines der hierin als für die Leerstellentransportschicht 50 geeignet identifizierten Leerstellentransportmaterialien umfassen.
  • Die elektrolumineszierende Schicht 60 umfasst mindestens zwei Materialien mit unterschiedlichen Elektronen- und Leerstellentransport-Kapazitäten, zumindest umfassend Tris(8-hydroxychinolin)aluminium oder 4,4'-Bis[2-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazinyl)]-1,1'-biphenyl. Weitere Elektronentransportmaterialien beinhalten, zum Beispiel Metall-Chelate wie AlQ3 und Bis(8-hydroxychinolino)-(4-phenylphenolato)aluminium (BAIQ), Stilbene wie 4,4'-Bis(2,2-diphenylvinyl)-1,1'-biphenyl (DPVBi), Oxadiazole wie 2-(4-Biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,3-oxadiazol (BPD), und Triazine wie zum Beispiel 4,4'-Bis-[2-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazinyl)]-1,1'-biphenyl (T1), einschließlich solcher Triazine, die für die Triazin-Elektronentransportschicht festgelegt werden. Erläuternde Beispiele von Elektronentransportmaterialien, die verwendet werden können, beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf die Metall-Chelate von 8-Hydroxychinolin, wie sie in den US-Patenten US 4 539 507 A ; US 5 151 629 A ; US 5 150 006 A und US 5 141 671 A offenbart sind. Erläuternde Beispiele beinhalten Bis(8-hydroxychinolin)-(4-phenylphenolyt)aluminium (Balq), Tris(8-hydroxychinolin)gallium, Bis(8-hydroxychinolinat)magnesium, Bis(8-hydroxychinolinat)zink, Tris(5-methyl-8-hydroxychinolinat)aluminium, Tris(7-propyl-8-chinolinat)aluminium, Bis[benzo{f}-8-chinolinat]zink, Bis(10-hydroxybenzo[h]chinolinat)beryllium und dergleichen.
  • Eine andere geeignete Klasse von Elektronentransportmaterialien, die für die elektrolumineszierende Schicht 60 geeignet sind, umfasst Stilbenderivate, wie zum Beispiel solche, die in dem US-Patent US 5 516 577 A offenbart sind. Ein geeignetes Stilbenderivat ist 4,4'-Bis(2,2-diphenylvinyl)biphenyl. Noch eine andere Klasse von geeigneten Elektronentransportmaterialien sind die Metallthioxinoid-Verbindungen, erläutert im US-Patent US 5 846 666 A Diese Materialien beinhalten Metallthioxinoid-Verbindungen von Bis(8-chinolinthiolat)zink, Bis(8-chinolinthiolat)cadmium, Tris(8-chinolinthiolat)gallium, Tris(8-chinolinthiolat)indium, Bis(5-methylchinolinthiolat)zink, Tris(5-methylchinolinthiolat)gallium, Tris(5-methylchinolinthiolat)indium, Bis(5-methylchinolinthiolat)cadmium, Bis(3-methylchinolinthiolat)cadmium, Bis(5-methylchinolinthiolat)zink, Bis[benzo{f}-8-chinolinthiolat]zink, Bis[3-methylbenzo{f}-8-chinolinthiolat]zink, Bis[3,7-dimethylbenzo{f}-8-chinolinthiolat]zink, und dergleichen. Weitere geeignete Materialien beinhalten Bis(8-chinolintholat)zink, Bis(8-chinolinthiolat)cadmium, Tris(8-chinolinthiolat)gallium, Tris(8-chinolinthiolat)indium und Bis[benzo{f}-8-chinolinthiolat]zink.
  • Noch eine andere Klasse von geeigneten Elektronentransportmaterialien, die in der elektrolumineszierenden Schicht 60 verwendet werden können, sind die in dem US-Patent US 5 925 472 A offenbarten Oxadiazol-Metallchelate. Diese Materialien beinhalten Bis[2-(2-hydroxyphenyl)-5-phenyl-1,3,4-oxadiazol)zink; Bis[2-(2-hydroxyphenyl)5-phenyl-1,3,4-oxadiazol]beryllium; Bis[2-(2-hydroxyphenyl)-5-(1-naphthyl)-1,3,4-oxadiazol]zink; Bis[2-(2-hydroxyphenyl)-5-(1-naphthyl)-1,3,4-oxadiazol]beryllium; Bis[5-biphenyl-2-(2-hydroxyphenyl)-1,3,4-oxadiazol]zink; Bis[5-biphenyl-2-(2-hydroxyphenyl)-1,3,4-oxadiazol]beryllium; Bis(2-hydroxyphenyl)-5-phenyl-1,3,4-oxadiazol]lithium; Bis[2-(2-hydroxyphenyl)-5-p-tolyl-1,3,4-oxadiazol]zink; Bis[2-(2-hydroxyphenyl)-5-p-tolyl-1,3,4-oxadiazol]beryllium; Bis[5-(p-tert-butylphenyl)-2-(2-hydroxyphenyl)-1,3,4-oxadiazol]zink; Bis[5-(p-tert-butylphenyl)-2-(2-hydroxyphenyl)-1,3,4-oxadiazol]beryllium; Bis[2-(2-hydroxyphenyl)-5-(3-fluorphenyl)-1,3,4-oxadiazol]zink; Bis[2-(2-hydroxyphenyl)-5-(4-fluorphenyl)-1,3,4-oxadiazol]zink; Bis[2-(2-hydroxyphenyl)-5-(4-fluorphenyl)-1,3,4-oxadiazol]beryllium; Bis[5-(4-chlorphenyl)-2-(2-hydroxyphenyl)-1,3,4-oxadiazol]zink; Bis[2-(2-hydroxyphenyl)-5-(4-methoxyphenyl)-1,3,4-oxadiazol]zink; Bis[2-(2-hydroxy-4-methylphenyl)-5-phenyl-1,3,4-oxadiazol]zink; Bis[2a-(2-hydroxynaphthyl)-5-phenyl-1,3,4-oxadiazol]zink; Bis[2-(2-hydroxyphenyl)-5-p-pyridyl-1,3,4-oxadiazol]zink; Bis[2-(2-hydroxyphenyl)-5-p-pyridyl-1,3,4-oxadiazol]beryllium; Bis[2-(2-hydroxyphenyl)-5-(2-thiophenyl)-1,3,4-oxadiazol]zink; Bis[2-(2-hydroxyphenyl)-5-phenyl-1,3,4-oxadiazol]zink; Bis[2-(2-hydroxyphenyl)-5-phenyl-1,3,4-thiadiazol]beryllium; Bis[2-(2-hydroxyphenyl)-5-(1-naphthyl)-1,3,4-thiadiazol]zink; und Bis[2-(2-hydroxyphenyl)-5-(1-naphthyl)-1,3,4-thiadiazol]beryllium, und dergleichen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann die elektrolumineszierende Schicht 60 ein bipolares Transportmaterial umfassen, entweder separat oder anstelle von Elektronen- und/oder Leerstellentransportmaterialien. Geeignete bipolare Materialien beinhalten Anthracene wie 2-(1,1-Dimethylethyl)-9,10-bis(2-naphthalenyl)anthracene (TBADN), 9,10-Di-(2-naphthyl)anthracen (DNA), 9,10-Di-(2-naphthyl)anthracen (DPA), 9-Bis(phenyl)anthracen (BPA), Spiro-BPA und Spiro-DPA, Perylene wie 2,5,8,11-Tetra-t-butylperylen (BD2), Tetracene wie Rubren, und andere Kohlenwasserstoffmaterialien im Allgemeinen.
  • Die elektrolumineszierende Schicht 60 umfasst mindestens zwei Materialien mit unterschiedlichen Elektronen- und Leerstellentransport-Kapazitäten, zumindest umfassend Tris(8-hydroxychinolin)aluminium oder 4,4'-Bis[2-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazinyl)]-1,1'-biphenyl. Im Allgemeinen wird ein Material als Leerstellentransportmaterial angesehen, wenn seine Leerstellenbeweglichkeit mindestens ungefähr 10 Mal höher ist als seine Elektronenbeweglichkeit. Im Allgemeinen wird ein Material als Elektronentransportmaterial angesehen, wenn seine Elektronenbeweglichkeit mindestens ungefähr 10 Mal höher ist als seine Leerstellenbeweglichkeit. Im Allgemeinen wird ein Material als bipolares Transportmaterial angesehen, wenn seine Leerstellenbeweglichkeit gleich seiner Elektronenbeweglichkeit ist, wenn seine Leerstellenbeweglichkeit seine Elektronenbeweglichkeit um nicht mehr als das Zehnfache übersteigt, oder wenn seine Elektronenbeweglichkeit seine Leerstellenbeweglichkeit um nicht mehr als das Zehnfache übersteigt. Die zwei Materialien mit unterschiedlichen Elektronen- und Leerstellentransport-Kapazitäten können unabhängig voneinander ausgewählt werden aus Leerstellentransportmaterialien, Elektronentransportmaterialien und bipolaren Transportmaterialien, wovon erläuternde Beispiel oben gegeben wurden. So können zum Beispiel beide Materialien Elektronentransportmaterialien sein, ein Material kann ein Leerstellentransportmaterial sein und das andere Material kann ein Elektronentransportmaterial sein, oder ein Material kann ein Elektronentransportmaterial sein und das andere Material kann ein bipolares Transportmaterial sein. In Ausführungsformen, in denen die Mischung zwei Elektronentransportmaterialien umfasst, werden die beiden Materialien so ausgewählt, dass die Elektronenbeweglichkeit eines Materials mindestens zweimal höher ist als die Elektronenbeweglichkeit des anderen Materials. Ein gemischter Bereich kann von ungefähr 5 Volumenprozent bis ungefähr 95 Volumenprozent eines der beiden genannten Materialien, und von ungefähr 95 Volumenprozent bis ungefähr 5 Volumenprozent des anderen der beiden Materialien umfassen. Ein gemischter Bereich kann weiterhin optional von ungefähr 0,01 Volumenprozent bis ungefähr 25 Volumenprozent eines Dotierungsmittels umfassen. In Ausführungsformen umfasst ein gemischter Bereich von ungefähr 30 Volumenprozent bis ungefähr 70 Volumenprozent eines der beiden genannten Materialien, von ungefähr 70 Volumenprozent bis ungefähr 30 Volumenprozent des anderen der beiden genannten Materialien, und kann optional weiterhin von ungefähr 0,05 Volumenprozent bis ungefähr 10 Volumenprozent eines Dotierungsmittels umfassen. In anderen Ausführungsformen kann ein gemischter Bereich von ungefähr 40 Volumenprozent bis ungefähr 60 Volumenprozent eines der beiden genannten Materialien, von ungefähr 60 Volumenprozent bis ungefähr 40 Volumenprozent des anderen der beiden genannten Materialien, und optional von ungefähr 0,1 Volumenprozent bis ungefähr 2 Volumenprozent eines Dotierungsmittels umfassen. In anderen Ausführungsformen kann das Dotierungsmittel in dem gemischten Bereich in einer Menge von ungefähr 5 Volumenprozent bis ungefähr 20 Volumenprozent vorhanden sein.
  • Die elektrolumineszierende Schicht 60 kann mindestens ein Material umfassen, das in der Lage ist, Licht als Ergebnis einer Leerstellen- und Elektronen-Rekombination zu emittieren. Das mindestens eine Material kann jedes fluoreszierende oder phosphoreszierende Material sein, oder kann entweder eines oder beide der zwei Materialien mit unterschiedlichen Elektronen- und Leerstellen-Kapazitäten sein. Alternativ kann das mindestens eine Material, das in der Lage ist, Licht zu emittieren, aus zusätzlichen Materialien bestehen.
  • Die elektrolumineszierende Schicht 60 kann ein fluoreszierendes Material umfassen. Erläuternde Beispiele für fluoreszierende Materialien beinhalten Farbstoffe, ausgewählt, zum Beispiel, aus Coumarin, Dicyanomethylenpyranen, Polymethin, Oxabenzanthran, Xanthen, Pyrylium, Carbostyl, Perylen und Chinacridon-Derivaten. Erläuternde Beispiele von Chinacridon-Farbstoffen beinhalten Chinacridon, 2-Methylchinacridon, 2,9-Dimethylchinacridon, 2-Chlorchinacridon, 2-Fluorchinacridon, 1,2-Benzochinacridon, N,N'-Dimethylchinacridon, N,N'-Dimethyl-2-chlorchinacridon, N,N'-Dimethyl-2,9-dimethylchinacridon, N,N'-Dimethyl-2-chlorchinacridon, N,N'-Dimethyl-2-fluorchinacridon, N,N'-Dimethyl-1,2-benzochinacridon und dergleichen. Die fluoreszierende Komponente kann in einer Menge von zum Beispiel ungefähr 0,01 bis ungefähr 10 Gewichtsprozent vorhanden sein, wie zum Beispiel von ungefähr 1 bis ungefähr 5 Gewichtsprozent der Schicht.
  • Die elektrolumineszierende Schicht 60 kann ein phosphoreszierendes Material umfassen, wie zum Beispiel organometallische Verbindungen mit einem Schwermetallatom, das zu einer starken Spin-Orbit-Kopplung führt, wie zum Beispiel diejenigen, die in Baldo et al., „Highly efficient organic phosphorescent emission from organic electroluminescent devices", Letters to Nature, 395, S. 151-154 (1998) offenbart sind. Geeignete nicht beschränkende Beispiele beinhalten 2,3,7,8,123,13,17,18-Octaethyl-21H23H-porphinplatin(II) (PtOEP) und Tris(2-phenylpyridin)iridium.
  • Um eine niedrige Treiberspannung zu erhalten, kann die Dicke der elektrolumineszierenden Schicht ungefähr 5 nm bis ungefähr 50 nm betragen. Gemäß einer Ausführungsform bewegt sich die Dicke im Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 40 nm. Gemäß einer anderen Ausführungsform bewegt sich die Dicke im Bereich von ungefähr 15 nm bis ungefähr 30 nm.
  • Die erfindungsgemäßen OLEDs umfassen eine Elektronentransportschicht 70, bestehend aus 4,4'-Bis[2-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazinyl)]-1,1'-biphenyl (T1). Im Allgemeinen bewegt sich die Dicke der Elektronentransportschicht 70 im Bereich von ungefähr 1 nm bis ungefähr 200 nm, wie zum Beispiel von ungefähr 5 nm bis ungefähr 100 nm, zum Beispiel von ungefähr 20 nm bis ungefähr 70 nm.
  • In erfindungsgemäßen Ausführungsformen beinhalten die OLEDs eine Kathode 80. Die Kathode 80 kann jedes geeignete Material wie zum Beispiel ein Metall umfassen. Das Material kann eine hohe Austrittsarbeits-Komponente aufweisen, zum Beispiel ein eV von ungefähr 4,0 eV bis ungefähr 6,0 eV. Die Kathode kann eine niedrige Austrittsarbeits-Komponente umfassen, wie zum Beispiel Metalle mit, zum Beispiel, einem eV von ungefähr 2,5 eV bis ungefähr 4,0 eV. Die Kathode kann aus einer Kombination eines Metalls mit niedriger Austrittsarbeit (ungefähr 4,0 eV, zum Beispiel von ungefähr 2 eV bis ungefähr 4 eV) und mindestens einem anderen Metall abgeleitet werden.
  • Wirksame Anteile des Metalls mit niedriger Austrittsarbeit zu dem zweiten oder zusätzlichen Metall liegen zwischen weniger als ungefähr 0,1 Gewichtsprozent bis ungefähr 99,9 Gewichtsprozent. Erläuternde Beispiele von Metallen mit niedriger Austrittsarbeit beinhalten Alkalimetalle wie zum Beispiel Lithium oder Natrium, Metalle der Gruppe IIA oder Erdalkalimetalle wie zum Beispiel Beryllium, Magnesium, Calcium oder Barium, und Metalle der Gruppe III einschließlich Seltenerdmetalle und die Metalle der Actinidengruppe wie zum Beispiel Scandium, Yttrium, Lanthan, Cer, Europium, Terbium oder Actinium. Lithium, Magnesium und Calcium sind geeignete Metalle mit niedriger Austrittsarbeit.
  • Die Dicke der Kathode 80 kann im Bereich von zum Beispiel ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 nm liegen. Die Mg:Ag-Kathoden des US-Patents US 4 885 211 A stellen eine geeignete Kathoden-Konstruktion dar. Eine andere geeignete Kathode ist in dem US-Patent US 5 429 884 A beschrieben, worin die Kathode aus Lithiumlegierungen mit anderen Metallen mit hoher Austrittsarbeit, wie zum Beispiel Aluminium und Indium gebildet wird.
  • Die hierin offenbarten OLEDs können durch herkömmliche Verfahren konstruiert werden. In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Stützsubstrat 20, wie zum Beispiel Glas, bereitgestellt. Eine Anode 30 kann über dem Glas angeordnet werden und kann zum Beispiel aus Indium-Zinnoxid einer Dicke von ungefähr 1 bis ungefähr 500 nm, zum Beispiel von ungefähr 30 bis ungefähr 100 nm, bestehen (in der gesamten Offenbarung sind Dickenbereiche für jede Schicht als Beispiele angegeben - es kann eine andere geeignete Dicke ausgewählt werden). Optional kann eine mit der Anode in Kontakt stehende Pufferschicht 40 bereitgestellt werden, und sie kann aus einer leitenden Komponente oder Leerstellentransportmaterialien einer Dicke von ungefähr 5 bis ungefähr 500 nm, zum Beispiel von ungefähr 10 bis ungefähr 100 nm, bestehen. Über der Anode 30 oder der Pufferschicht 40 kann eine optionale organische Leerstellentransportschicht 50 angeordnet sein, in einer Dicke von ungefähr 1 bis ungefähr 200, zum Beispiel von ungefähr 5 bis ungefähr 100 nm. In Kontakt mit der Leerstellentransportschicht 50 kann eine elektrolumineszierende Schicht 60 vorgesehen sein. In Kontakt mit der elektrolumineszierenden Schicht 60 kann eine Elektronentransportschicht 70 in einer Dicke von ungefähr 5 bis ungefähr 300 nm, zum Beispiel von ungefähr 1 bis ungefähr 100 nm vorgesehen sein. Eine Kathode 80, die z.B. ein Metall mit niedriger Austrittsarbeit aufweist, kann in Kontakt mit der Elektronentransportschicht 70 stehen.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung können hierin offenbarte Ausführungsformen der OLEDs unter Wechselstrom (AC)- und/oder Gleichstrom (DC)-Bedingungen betrieben werden. In einigen Fällen können AC-Bedingungen geeignet sein, um verlängerte Betriebsdauern zu erzielen, insbesondere bei Hochtemperaturvorrichtungs-Betriebsbedingungen. Geeignete Betriebsspannungen sind von außen angelegte Treiberspannungen, die notwendig sind, um ausreichend Strom zu fahren, um eine Leuchtdichte von mindestens ungefähr 100 cd/m2, und typischerweise eine Leuchtdichte von mindestens ungefähr 500 cd/m2, wie zum Beispiel eine Leuchtdichte von ungefähr 1000 cd/m2, zu erhalten. Solche Spannungen können sich zum Beispiel im Bereich von ungefähr 0,5 Volt bis ungefähr 20 Volt, wie zum Beispiel von ungefähr 1 Volt bis ungefähr 15 Volt bewegen. Gemäß verschiedener Ausführungsformen beträgt die Betriebsspannung weniger als ungefähr 6 Volt, zum Beispiel weniger als ungefähr 5,5 Volt. Geeignete Treiberstromdichten bewegen sich zum Beispiel im Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 1000 mA/cm2, wie zum Beispiel von ungefähr 10 mA/cm2 bis ungefähr 200 mA/cm2, zum Beispiel ungefähr 25 mA/cm2. Treiberspannungen und -stromdichten außerhalb dieser Bereiche können ebenfalls verwendet werden.
  • BEISPIELE
  • Die folgenden Beispiele sind erläuternd und sind hinsichtlich der vorliegenden Lehren nicht beschränkend.
  • Es wurde eine Gruppe von lichtemittierenden OLEDs unter Verwendung von physikalischer Dampfabscheidung hergestellt. Alle Vorrichtungen umfassten eine auf ein Glassubstrat aufgedampfte Indium-Zinnoxid-Anode und eine Mg:Ag-Kathode. Alle Vorrichtungen wiesen einen Licht emittierenden Bereich aus drei Schichten auf, der zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist, der Leerstellentransportschichten, elektrolumineszierende Schichten und Elektronentransportschichten verschiedener Zusammensetzungen umfasste, wie in der Tabelle unten beschrieben. Nach der Herstellung wurden die Vorrichtungen bei einer konstanten Stromdichte von 25 mA/cm2 betrieben. Die Treiberspannung und die Leuchtdichte jeder der Vorrichtungen bei diesem Stromfluss wurden gemessen. Die Vorrichtungen wurden dann bei einem konstanten Stromfluss von 31,25 mA/cm2 betrieben, und die Zeit, die verging, bevor die Leuchtdichte auf 50% der anfänglichen Leuchtdichte (Lo) zurückging, bezeichnet mit t1/2, wurde gemessen. Dann wurde die Halbwertszeit (t1/2) von einer anfänglichen Leuchtdichte von 500 cd/m2 berechnet.
    Figure DE102006020527B4_0001
    • 1 Leerstellentransportschicht
    • 2 Elektrolumineszierende Schicht
    • 3 Elektronentransportschicht
    • 4 N,N'-Di(naphthalen-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidin
    • 5 2-t-Butyl-9,10-di-(2-naphthyl)anthracen (auch TBADN genannt)
    • 6 2,5,8,11-Tetra-t-butylperylen
    • 7 4,4'-Bis[2-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazinyl)]-1,1'-biphenyl
    • 8 Tris(8-hydroxychiniolin)aluminium
  • Die Vergleichsvorrichtungen 1 und 4 zeigen eine niedrige Stabilität, da die elektrolumineszierende Schicht lediglich BH2 bzw. AlQ3 und kein zweites Gastmaterial enthält. Die Vergleichsvorrichtung 5 weist eine Treiberspannung auf, die 5V übersteigt, wahrscheinlich weil die Elektronentransportschicht kein Triazin umfasst. Im Gegensatz dazu weisen die erfinderischen Vorrichtungen 2, 3 und 6-9 gemischte elektrolumineszierende Schichten auf, zeigen eine Halbwertszeit größer als 1000 Stunden und weisen eine Treiberspannung von weniger als 5V auf.
  • Aus den Ergebnissen ist klar, dass im Gegensatz zu den Vergleichsvorrichtungen OLEDs gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowohl eine niedrige Treiberspannung (weniger als 5V) als auch eine ausreichende Betriebsstabilität (eine Halbwertszeit größer als 1000 Stunden für eine anfängliche Leuchtdichte von mindestens 500 cd/m2) vorzeigen können. Die Ausführungsformen können auch in OLEDs unterschiedlicher Zusammensetzungen verwendet werden, um unterschiedliche Vorrichtungen mit unterschiedlichen Emissionsfarben zu erhalten.

Claims (12)

  1. Organische lichtemittierende Vorrichtung, umfassend: (a) eine Anode; (b) eine Leerstellentransportschicht umfassend N,N'-Di(naphthalin-1-yl)-N,N'-diphenylbenzidin); (c) eine Schicht aus elektrolumineszierendem Material, umfassend mindestens zwei Materialien mit unterschiedlichen Elektronen- und Leerstellentransport-Kapazitäten, zumindest umfassend Tris(8-hydroxychinolin)aluminium oder 4,4'-Bis[2-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazinyl)]-1,1'-biphenyl; (d) eine Elektronentransportschicht in Kontakt mit dem elektrolumineszierendem Material, die Elektronentransportschicht bestehend aus 4,4'-Bis[2-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazinyl)]-1,1'-biphenyl; und (e) eine Kathode wobei die Schicht aus elektrolumineszierendem Material eine Dicke von weniger als 50 nm aufweist, worin die Vorrichtung in der Lage ist, bei einer Treiberspannung von weniger als 5V bei einer Stromdichte von 25 mA/cm2 zu arbeiten, und worin, wenn die Vorrichtung bei einem konstanten Stromfluss von 31,25 mA/cm2 betrieben wird, und die Zeit, die vergeht, bevor die Leuchtdichte auf 50% der anfanglichen Leuchtdichte zurückgeht, gemessen wird, und dann die Halbwertszeit von einer anfänglichen Leuchtdichte von 500 cd/m2 bestimmt wird, die Vorrichtung eine Betriebsstabilität aufweist, die charakterisiert ist durch eine Halbwertszeit von mindestens 1000 Stunden bei einer anfänglichen Leuchtdichte von mindestens 500 cd/m2 .
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin eines der zwei Materialien mit unterschiedlichen Elektronen- und Leerstellentransport-Kapazitäten Tris(8-hydroxychinolin)aluminium ist.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin eines der zwei Materialien mit unterschiedlichen Elektronen- und Leerstellentransport-Kapazitäten Tris(8-hydroxychinolin)aluminium ist und das andere ausgewählt ist aus tertiären aromatischen Aminen, Anthracenen und Tetracenen.
  4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3 worin das tertiäre aromatische Amin N,N'-Di(naphthalin-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidin) ist, das Anthracen 2-t-Butyl-9,10-di-(2-naphthyl)anthracen ist und das Tetracen Rubren ist.
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin das elektrolumineszierende Material ein Elektronentransportmaterial und ein Leerstellentransportmaterial umfasst.
  6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin die Schicht aus elektrolumineszierendem Material ein Elektronentransportmaterial und ein bipolares Transportmaterial umfasst.
  7. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin die Schicht aus elektrolumineszierendem Material mindestens ein Material umfasst, das in der Lage ist, Licht als Ergebnis einer Rekombination von Leerstellen und Elektronen zu emittieren.
  8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, worin das Material, das in der Lage ist, Licht zu emittieren, ausgewählt ist aus fluoreszierenden und phosphoreszierenden Materialien.
  9. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin sich die Dicke der elektrolumineszierenden Schicht im Bereich von 10 nm bis weniger als 50 nm bewegt.
  10. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin sich die Dicke der elektrolumineszierenden Schicht im Bereich von 10 nm bis 30 nm bewegt.
  11. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin die Vorrichtung Licht mit einer Wellenlänge von 400 nm bis 700 nm emittiert.
  12. Verwendung einer organischen lichtemittierenden Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11 als Anzeigevorrichtung.
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